周期的ナノ構造ポーラスシリカ薄膜の合成とその半導体低誘電率層間絶縁膜への応用

周期性纳米结构多孔二氧化硅薄膜的合成及其在半导体低k层间介质薄膜中的应用

• 批准号: 04J08138
• 负责人: 田中 俊輔
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J08138/
• 关键词: メソポーラスシリカ; 薄膜; 気相合成; 低誘電率層間絶縁膜; Low-k

界面活性剤とテトラエトキシシラン蒸気が接触することによって規則構造を有する界面活性剤-シリカ複合体が得られることを見出し、この新しい着想に基づいてメソポーラスシリカ薄膜の設計と合成を行い、半導体用低誘電率(low-k)絶縁膜への応用を目指して研究を行った。通常、メソポーラスシリカ合成はシリカ源と界面活性剤からなる溶液からの析出によって得られる。本手法(気相合成法)では、非イオン性ブロック共重合体(Pluronic F127)の薄膜にテトラエトキシシランを気相で接触させることにより規則性の高い大細孔メソポーラスシリカ薄膜を合成することに成功した。反射X線小角散乱法(GISAXS)を用いて、薄膜がR-3m構造を有し、基板に対して(111)配向していることを明らかにした。R-3mのlattice constantsはa=17nmおよびα=70°であった。一般的にメソポーラスシリカは薄膜化することによって安定性が著しく低下し、規則構造が収縮するのに対して、本手法で得られたR-3mメソポーラスシリカ薄膜は大きなlattice constantsを維持していることがわかった。low-kとしての物性評価として種々の薄膜の比誘電率測定を行い、疎水性が薄膜の低誘電率化に大きく影響する結果を得た。そこで、薄膜合成(焼成前、焼成後)の各段階において有機シランを用いた処理を行い、疎水化処理と比誘電率との関係を明らかにした。焼成後に疎水化処理を行った薄膜では、比誘電率を1.6まで低下させることに成功した。気相合成法はChemical Vapor Depositionに類似しており、薄膜の大量連続合成が可能なため、工業化に適している。また、界面活性剤濃度および合成温度を制御することで、ケージ状細孔を有するR-3mとチャネル細孔を有するc2mmの構造制御が可能であることを明らかにした。

我们发现，可以通过接触表面活性剂和四乙氧基硅烷蒸气来获得带有有序结构的表面活性剂 - 二氧化硅复合材料，并且基于这个新概念，我们设计和合成了中端的硅胶薄膜，并进行了针对半导体胰岛素应用的研究。通常，介孔二氧化硅合成是通过由二氧化硅源和表面活性剂组成的溶液的沉淀获得的。该方法（气相合成方法）通过与四乙氧基硅烷在气相中接触非离子块共聚物（Pluronic F127）的薄膜，成功地合成了高度有序的大型介孔二氧化硅薄膜。反射性X射线小角度散射（GISAXS）用于揭示薄膜具有R-3M结构，并且相对于底物的定向（111）。 R-3M的晶格常数为A = 17nm，α= 70°。发现介孔二氧化硅通常在变薄时会显着降低其稳定性，而有序结构收缩，而通过这种方法获得的R-3M介孔硅胶薄膜薄膜则保持了较大的晶格常数。作为对低K的物理性能评估，测量了各种薄膜，并获得了疏水性对薄膜介电常数的减小产生的重大影响。因此，在薄膜合成的每个阶段（钙化之前和之后），阐明了疏水处理与相对介电常数之间的关系。发射后经过疏水处理的薄膜成功地将相对介电常数降低至1.6。蒸气相的合成类似于化学蒸气沉积，并且适用于工业化，因为它允许大量连续合成薄膜。还可以揭示出，通过控制表面活性剂浓度和合成温度，可以用笼子样孔和通道孔控制R-3M的结构。